Beginsel, struktuur en kenmerke van PZT piëso-elektriese keramiekaktuator

'n Piëso-elektriese keramiekaktuator is 'n toestel wat die omgekeerde piëso-elektriese effek van 'n piëzo-elektriese keramiek gebruik om 'n elektriese veld in 'n toepaslike rigting van die piëzo-elektriese keramiek aan te wend om 'n ooreenstemmende verplasing en krag op te wek. Wanneer 'n spanning op die gepolariseerde piëso-elektriese keramiek toegepas word, word dit in die polarisasierigting (lengte-effek) verleng en in die vertikale polarisasierigting (laterale effek) verkort. Die piëzo-elektriese keramiekaktuator het 'n gelamineerde tipe wat piëso-elektriese longitudinale effekte gebruik en 'n dubbele diafragma geboë tipe wat piëso-elektriese dwarseffekte gebruik.

Aangesien die piëzo-elektriese aktuator 'n toestel vir verplasingsbeheer en kragbron is, moet die materiaal wat gebruik word in staat wees om groot spanning en spanning onder 'n klein elektriese veld te genereer, en die doeltreffendheid van die omskakeling van elektriese energie in meganiese energie is hoog, dus die belangrikste ding is om te gebruik piezo ronde skyf transducer . 'n Sagte materiaal met 'n groot konstante d, so 'n toenemende elektriese veld (ongeveer 1 MV/m), produseer 'n groot vervorming (Δl/l ongeveer 10 -2 ) en 'n spanning (ongeveer 9,8 MPa). Aan die ander kant is die responsveranderlike groot, en die vereistes vir diëlektriese sterkte en meganiese sterkte is ook hoog. Tans is die materiale wat in piëzo-elektriese keramiekaktuators gebruik word hoofsaaklik piëzo-elektriese keramiekmateriaal gebaseer op loodsirkonaattitanaat (PZT).

3.1 Gelamineerde piëzo-elektriese keramiekdrywer

Alhoewel die piëzo-elektriese keramiekdrywer die bogenoemde uitstekende werkverrigting het, is dit moeilik om die beheerlus te stel omdat die dryfspanning so hoog as 1 kV of meer is. As veelvuldige lae in parallel gestapel word, kan die afstand tussen die interne elektrodes so kort as ongeveer 10 μm wees. Die dryfspanning kan tot minder as 100V verminder word. Vir die vervorming wat veroorsaak word deur die piëzo-elektriese longitudinale effek, het piëzo-keramiek 'n vervorming van ongeveer 0,3 μm, en 'n meerlaag-laminaat kan met 'n paar tientalle mikrometer vervorm word.

3.2 dubbel diafragma tipe piëzo-elektriese keramiek drywer

Die gelamineerde tipe is beter in reaksie-eienskappe en kragopwekking, en PZT-materiaal piëzo-keramiekskyf het 'n nadeel deurdat die verplasingshoeveelheid klein is. Daarom, om 'n verplasing van 'n paar honderd mikrometer te verkry, is dit nodig om 'n dubbele diafragma buig tipe te gebruik. Die dubbele diafragma buig tipe is om twee piëzo-elektriese keramiek saam te druk. Wanneer een stuk gerek word, word die ander stuk verkort, en die vervorming is eweredig aan die toegepaste elektriese veld. Die dubbele diafragma buig tipe word in twee tipes verdeel: serie en parallel. die hoofkenmerke van die twee word vergelyk. Dit kan uit die tabel gesien word dat die parallelle piëso-elektriese dubbel diafragma buig tipe 'n groot verplasing hoeveelheid het vir dieselfde spanning.

3.3 piëzo-elektriese keramiek drywer prestasie superioriteit

1) Met behulp van 'n dik film laminering tegniek, 'n vaste stof piëso-elektriese skyfkristal wat integraal gesinter is, word sonder 'n bindmiddel verkry.
2) Deur die IC-proses en die isolasietegnologie bekend te stel, is die interne elektrodes in lyn met die komponent-deursnee, en die spanningsverspreiding is eenvormig, waardeur die skadelimiet verhoog word.
3) Die piëzo-elektriese keramieklaag word verdun, en die elektrodesteek kan tot ongeveer 10 μm verminder word, wat laespanningsdryf moontlik maak.
4) Die bekendstelling van HIP-tegnologie (isostatiese warmpers-sintertegnologie) kan hoë digtheid bereik, en die meganiese sterkte word met ongeveer 30% verhoog in vergelyking met gewone gesinterde liggame.
5) Spanningaandrywing, geen elektromagnetiese geraas nie.
6) Die verandering van verplasing met verloop van tyd, klein drywing en goeie temperatuurstabiliteit) Dit kan massavervaardig word en die koste is laag vir piëzo-elektriese keramiekaandrywertoepassing

4.1 Meganiese toepassings

'n Praktiese drukkop vir 'n impakpuntmatriksdrukker is verkry wat 'n kombinasie is van 'n gelamineerde piëso-elektriese aandrywer en 'n verplasingsversterkermeganisme. Hierdie drukkerkop het 'n kragtoevoerspanning van 90 V, 'n verplasingsvergroting van ongeveer 30 keer, en 'n terminale verplasing van ongeveer 600 μm. Dit kan hoëspoed-drukwerkverrigting van 100 woorde/s of meer behaal, en het 'n lae kragverbruik en lae hitte-opwekking. Daarby word dit ook gebruik in ultra-presisie-posisioneringstoestelle vir halfgeleiervervaardiging en ultra-presisie bewerking. Die verplasing is meestal in die sub-mikron-reeks. Met inagneming van histerese en lineariteit moet aandag gegee word aan geslote lusbeheer.

4.2 Toepassing in krag

Toepassings in krageenhede soos piëzo-elektriese waaiers, piëzo-elektriese kleppe, piëzo-elektriese pompe en ultrasoniese motors is hoofsaaklik te danke aan die lae kragverbruik en presiese beheer van piëzo-elektriese aktuators. Die verplasing van hierdie toestelle moet 'n paar honderd mikrometer wees, en die dubbele diafragma buig tipe word dikwels gebruik, en die piëzo-elektriese klep wat gebruik word vir vloeibeheer is naby aan prakties.

4.3 Optiese toepassings

Tans word die toepassing van piëzo-elektriese keramiekaktuators in nuwe velde soos optiese kommunikasiestelsels, soos die bepaling van die klein posisie van die laserspieël, die optieseveselkoppelaar en die veselpolarisasiebeheerder, wyd uitgevoer.

4.4 Toepassing in sensors

In vergelyking met 'n algemene druksensor, kan 'n gelamineerde piëso-elektriese aktuator 'n groot uitsetspanning met 'n klein druk verkry, en kan dus as 'n hoogs sensitiewe druksensor en 'n versnellingsensor gebruik word.